기계식 발진기 기술의 비약적 도약

기계식 발진기 기술의 비약적 도약

타임 스탬프 : 11 년 2023 월 12 일 오후 43:XNUMX
소스 노드 : 2817575
11년 2023월 XNUMX일(나노 워크 뉴스) 지난 XNUMX년 동안 과학자들은 기계 시스템에서 양자 현상을 생성하는 데 엄청난 발전을 이루었습니다. 불과 XNUMX년 전만 해도 불가능해 보였던 일이 이제 현실이 되었습니다. 연구자들이 거시적 기계 물체에서 양자 상태를 성공적으로 생성함에 따라 가능해졌습니다. 이러한 기계 발진기를 "광기계 시스템"으로 알려진 광자에 결합함으로써 과학자들은 양자 한계에 가까운 가장 낮은 에너지 수준으로 냉각시키고 "압착"하여 진동을 더욱 줄이고 얽히게 할 수 있었습니다. 서로 서로 함께. 이러한 발전은 양자 감지, 양자 컴퓨팅의 소형 스토리지, 양자 중력의 기본 테스트, 심지어 암흑 물질 검색에서 새로운 기회를 열었습니다. 양자 체제에서 광기계 시스템을 효율적으로 작동하기 위해 과학자들은 딜레마에 직면합니다. 한편으로 기계 발진기는 에너지 손실을 최소화하기 위해 환경으로부터 적절하게 격리되어야 합니다. 반면에 전자기 공진기와 같은 다른 물리적 시스템과 잘 결합되어 이를 제어해야 합니다. 이 균형을 맞추려면 주변 환경의 열 변동과 발진기 주파수 불안정성의 영향을 받는 발진기의 양자 상태 수명을 최대화해야 합니다. 이 수명은 현장에서 "결맞음(decoherence)"으로 알려져 있습니다. 이것은 중력파 탐지기에 사용되는 거대한 거울부터 고진공에 갇힌 작은 입자에 이르기까지 다양한 시스템에서 끊임없는 도전입니다. 초전도 큐비트 또는 이온 트랩과 같은 다른 기술과 비교할 때 오늘날의 광 및 전기 기계 시스템은 여전히 ​​더 높은 결어긋남 비율을 보여줍니다. 이제 EPFL의 Tobias J. Kippenberg 실험실의 과학자들은 높은 충실도의 양자 제어를 초래하는 큰 광기계적 결합을 유지하면서 초저 양자 디코히어런스를 보여주는 초전도 회로 광기계적 플랫폼을 개발하여 문제를 해결했습니다. 이 작품은 최근에 출판되었습니다. 자연 물리 ("XNUMX분의 XNUMX초의 양자 디코히어런스를 갖는 압착된 기계적 발진기"). 초간섭 초전도 전자 기계 시스템 초간섭 초전도 전자 기계 시스템의 주사 전자 현미경 이미지. (이미지: Amir Youssefi, EPFL) "간단히 말해서 우리는 양자 컴퓨팅 및 통신 시스템에서 양자 저장 구성 요소로 사용할 수 있는 기계적 발진기에서 달성된 가장 긴 양자 상태 수명을 시연했습니다."라고 PhD인 Amir Youssefi는 말합니다. 프로젝트를 주도한 학생. "이것은 큰 성과이며 양자 물리학, 전기 공학 및 기계 공학 분야의 광범위한 청중에게 영향을 미칩니다." 혁신의 핵심 요소는 실리콘 기판의 트렌치 위에 매달려 있는 얇은 알루미늄 필름으로 만들어진 진동 요소인 "진공 간격 드럼헤드 커패시터"입니다. 커패시터는 발진기의 진동 구성 요소 역할을 하며 공진 마이크로파 회로를 형성합니다. 새로운 나노제조 기술을 통해 팀은 드럼헤드 공진기의 기계적 손실을 크게 줄였으며, 기계식 발진기에서 달성된 가장 긴 양자 상태 수명인 20밀리초에 해당하는 7.7Hz의 전례 없는 열 결맞음 속도를 달성했습니다. 열적으로 유도된 디코히어런스의 현저한 감소는 연구원들이 광기계적 냉각 기술을 사용할 수 있게 하여 기저 상태에서 양자 상태 점유의 인상적인 93% 충실도를 가져왔습니다. 또한 팀은 -2.7dB의 값으로 움직임의 영점 변동 아래에서 기계적 압착을 달성했습니다. "이 수준의 제어를 통해 기계 발진기에서 2Hz에 불과한 매우 낮은 순수 디페이징 비율 덕분에 0.09밀리초의 연장된 기간 동안 양자 동작을 보존하는 기계 압착 상태의 자유로운 진화를 관찰할 수 있습니다."라고 Kono 신고는 말합니다. 연구에 기여한 사람. Mahdi Chegnizadeh는 "이러한 초저 양자 디코히어런스는 양자 제어 및 거시적 기계 시스템 측정의 충실도를 높일 뿐만 아니라 초전도 큐비트와의 인터페이스에도 똑같이 도움이 되며 시스템을 양자 중력 테스트에 적합한 매개 변수 영역에 배치합니다."라고 말했습니다. 연구팀의 또 다른 구성원은 "초전도 큐비트에 비해 저장 시간이 상당히 길기 때문에 이 플랫폼은 양자 저장 응용 분야에 완벽한 후보입니다."

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